課程設(shè)計(jì)---四路搶答器電路設(shè)計(jì)

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書</p><p><b>　　設(shè)計(jì)題目</b></p><p><b>　　搶答器電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　主要內(nèi)容及要求</b></p><p>　　(1)可容納四組參賽的數(shù)字式搶答器。</p>

2、<p>　　（2）當(dāng)某臺(tái)參賽者按下?lián)尨痖_關(guān)時(shí)，由數(shù)碼管顯示該臺(tái)編號(hào)并伴有聲響。此時(shí)，搶答器不再接收其他輸入信號(hào)。</p><p>　　（3）電路具有定時(shí)功能。要求回答問題的時(shí)間≤60秒（顯示為00~59），時(shí)間顯示采用倒計(jì)時(shí)方式。當(dāng)達(dá)到限定時(shí)間時(shí)，發(fā)出聲響提示。</p><p>　　（4）具有計(jì)分功能。要求能設(shè)定初始分值，能進(jìn)行加減分。</p><p>

3、　?。?）在復(fù)位狀態(tài)下臺(tái)號(hào)數(shù)碼管不作任何顯示（滅燈）。</p><p><b>　　進(jìn)度安排</b></p><p>　　十七周星期一接收任務(wù)書。</p><p>　　十七周星期二開始上網(wǎng)收集資料。</p><p>　　十七周星期三開始進(jìn)行設(shè)計(jì)，先分段把各個(gè)重要部分用protuse仿真軟件。</p><

4、;p>　　十八周星期六進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，將設(shè)計(jì)好的各個(gè)部分連接起來進(jìn)行整體電路的仿真。</p><p>　　十八周星期日對(duì)仿真好的電路進(jìn)行整理寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。</p><p>　　十九周星期一進(jìn)行答辯和交報(bào)告。</p><p><b>　　總評(píng)成績(jī)</b></p><p>　　指導(dǎo)教師 </p

5、><p>　　學(xué)生簽名 </p><p>　　題目：搶答器電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求</b></p><p>　　(1)可容納四組參賽的數(shù)字式搶答器。</p><p>　　（2）當(dāng)某臺(tái)參賽者按下?lián)尨痖_關(guān)時(shí)，由數(shù)碼管顯示該臺(tái)編號(hào)并伴有聲響。此時(shí)，搶答

6、器不再接收其他輸入信號(hào)。</p><p>　　（3）電路具有定時(shí)功能。要求回答問題的時(shí)間≤60秒（顯示為00~59），時(shí)間顯示采用倒計(jì)時(shí)方式。當(dāng)達(dá)到限定時(shí)間時(shí)，發(fā)出聲響提示。</p><p>　?。?）具有計(jì)分功能。要求能設(shè)定初始分值，能進(jìn)行加減分。</p><p>　?。?）在復(fù)位狀態(tài)下臺(tái)號(hào)數(shù)碼管不作任何顯示（滅燈）。</p><p>&l

7、t;b>　　二、方案設(shè)計(jì)與論證</b></p><p>　　搶答器的基本工作原理：</p><p>　　當(dāng)主持人按下“開關(guān)”按鈕后，選手可以通過按按鈕的快慢來決定由誰來回答，按得快的選手的編號(hào)顯示在電子顯示管上并伴有響聲。</p><p>　　此后選手輸入被鎖住，如果主持人按下復(fù)位鍵則編號(hào)顯示處不作任何顯示。</p><p>

8、;　　然后主持人就按下計(jì)時(shí)開關(guān)，選手開始作答，作答的時(shí)間少于60秒，以倒數(shù)的方式進(jìn)行，而且通過顯示屏把時(shí)間顯示出來。</p><p>　　當(dāng)選手作答僅剩10秒時(shí)，開始通過喇叭響來做提示。如果到了顯示“00”時(shí)，計(jì)時(shí)器不再進(jìn)行倒數(shù)而停留在“00”狀態(tài)。</p><p>　　此時(shí)選手仍沒有作答成功，則主持人會(huì)對(duì)該選手進(jìn)行減分處理，如果在“00”之前作答成功則加分，分?jǐn)?shù)也是通過計(jì)分器顯示出來。&

9、lt;/p><p>　　之后主持人按下開關(guān)，所有的顯示及工作狀態(tài)回到初始狀態(tài)以便進(jìn)行下一次答題。</p><p><b>　　原理框架圖（圖1）</b></p><p><b>　　圖1.原理框架圖</b></p><p>　　方案一、對(duì)照上面原理框架圖，各個(gè)主要的部分選用對(duì)應(yīng)功能的芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)，如果在

10、仿真時(shí)沒能找到相應(yīng)的芯片則用相近的。比如在選手搶答時(shí)的輸入用74148優(yōu)先編碼器進(jìn)行編碼讓一個(gè)輸入有效，并用七段顯示譯碼器顯示出臺(tái)號(hào)。</p><p>　　方案二、對(duì)照框架圖，選用各種邏輯站以及相關(guān)的邏輯函數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，編號(hào)進(jìn)直接把鎖存器的輸出轉(zhuǎn)化8421BCD碼，并通過邏輯函數(shù)表達(dá)式的方式輸入到顯示譯碼器中讓其顯示出來。</p><p>　　通過比較可以得出方案一更可行，理由在于芯片組上集

11、成的功能要強(qiáng)大些，且用的元器件的數(shù)目會(huì)相對(duì)少一些這樣會(huì)更美觀而且不容易出錯(cuò)。</p><p>　　三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算</p><p><b>　　1、封鎖電路</b></p><p>　　封鎖電路的主要功能是分辨選手按鍵的先后，并能把第一個(gè)搶答者的編號(hào)鎖存起來，并使其他選手的按鍵操作無效。實(shí)現(xiàn)該電路的功能的主要芯片是74175（圖1為功

12、能表，圖2為邏輯功能圖，圖3為鎖存器電路）</p><p><b>　　表1</b></p><p><b>　　圖2</b></p><p>　　工作原理：當(dāng)主持人控制開關(guān)處于“清零”位置時(shí)該電路清零即當(dāng)RD接低電平時(shí)，，，，全為低電平，各顯示燈均熄滅，即此時(shí)封鎖器電路不工作，當(dāng)主持人將開關(guān)撥到“開始”后即RD為高電平時(shí)

13、，此時(shí)鎖存器處于工作狀態(tài)，即搶答器電路處于等待工作狀態(tài)。這時(shí)當(dāng)有選手將按鍵按下時(shí)（如按下SW2）。此時(shí)=1，由D觸發(fā)器的功能可知，此時(shí)=1，=0。當(dāng)=0時(shí)，經(jīng)過與非門變?yōu)?再經(jīng)過非門變?yōu)?，再和4個(gè)選手組成的或門邏輯器再與，選手就可以通過開關(guān)來搶答，而且只有一次輸入變化，因此CP只接收到一次的電平變化，因此那就后就保持了第一次的輸出所以就封鎖了CP的輸入，此時(shí)74175不再工作，從而實(shí)現(xiàn)了封鎖其他選手的作答。只有在第一個(gè)人答完以后，由主

14、持人操作清零開關(guān)使搶答器電路復(fù)位，才能進(jìn)行下一步的搶答。</p><p><b>　　圖3</b></p><p><b>　　2.顯示編號(hào)的電路</b></p><p>　　當(dāng)有選手按下了開關(guān)后，快的那個(gè)選手的編號(hào)可以被輸出并記憶起來送到74148和7448組成的編碼器和七段顯示器組成的顯示臺(tái)號(hào)電路中去顯示出選手編號(hào)。&

15、lt;/p><p>　　74148是低電平有效的優(yōu)先編碼器，其功能表表2所示：</p><p>　?。↙ 低電平 H 高電平 × 任意電平）</p><p><b>　　表2</b></p><p><b>　　圖4</b></p><p>　　圖4為

16、74148的邏輯圖</p><p>　?。?L 低電平 H 高電平 × 任意電平）</p><p>　　表3.七段LED譯碼驅(qū)動(dòng)器7448功能表 </p><p><b>　　圖5</b></p><p>　　圖5是封鎖電路和臺(tái)號(hào)顯示電路合在一起的電路圖，只有兩個(gè)合在一起才能很好的在一次答題中

17、只顯示一個(gè)選手號(hào)。</p><p>　　由于74175是低電平有效，可以將從74175輸出端，，，分別接到其1，2，3，4端，其余的5，6，7端均接高電平，這樣就可以形成，最高輸出4而不會(huì)出現(xiàn)顯示大于4的可能出現(xiàn)。由于其輸出以為低電平有效，正常情況下每個(gè)輸出經(jīng)過一個(gè)非門后就可進(jìn)行顯示編號(hào)。 在復(fù)位狀態(tài)下臺(tái)號(hào)數(shù)碼管不作任何顯示（滅燈），所以必須要接7448。7448的功能表與電路分別如表3所示</p>

18、<p><b>　　3.搶答器定時(shí)電路</b></p><p>　　在比賽規(guī)則里，要求選手的答題時(shí)間不能超到60秒，因此必須要有一個(gè)定時(shí)電路，這個(gè)電路可以設(shè)計(jì)成60進(jìn)制加法器，但是更多的情況下，為了直觀的原因我們采用的是60進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器。如果選手能在60秒里答對(duì)，則算答題成功，否則為失敗。而且在最后的10秒鐘伴有響聲做為提示，當(dāng)時(shí)最后到達(dá)00時(shí)，響聲也會(huì)停止。</p>

19、;<p>　　為了實(shí)現(xiàn)60進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器，采用了74192芯片，它具有加減法功能，是同步10進(jìn)制的。</p><p>　　74LS192（54/74194）兩個(gè)引腳圖管腳及功能表如下：74LS192是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，它具有雙時(shí)鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能，其引腳排列及邏輯符號(hào)如下所示：</p><p>　?。╝）引腳排列    

20、                   (b) 邏輯符號(hào)</p><p>　　圖中：為置數(shù)端，為加計(jì)數(shù)端，為減計(jì)數(shù)端，為非同步進(jìn)位輸出端， 為非同步借位輸出端，P0、P1、P2、P3為計(jì)數(shù)器輸入端，為清除端，Q0、Q1、Q2、Q3為數(shù)據(jù)輸

21、出端。</p><p><b>　　其功能表如下：</b></p><p><b>　　圖6</b></p><p>　　定時(shí)器電路如上（圖6）</p><p>　　上圖用兩塊74192來組成60進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器，通過置數(shù)法讓一有電源輸入到該電路上，就直接把輸出置為59，差通過數(shù)碼管顯示出來，如圖左邊

22、的74192，它的一個(gè)D1、D3接到地（圖中沒法看到）D0D1D2D3=0101，所以當(dāng)有電源接入時(shí)，左邊的數(shù)碼管能即時(shí)顯示出“5”。左邊的74192芯片代表十位數(shù)字，右邊的代表個(gè)位數(shù)，只有個(gè)位上發(fā)生從0變到9的狀態(tài)，才能促使十位上減1，因此把右邊芯片的減法進(jìn)位端作為脈沖信號(hào)送到左邊的脈沖輸入端DN中，而右邊接DN接入的應(yīng)該是一個(gè)頻率為1HZ的輸入脈沖。UP為加法輸入端所以置為高電平。</p><p>　　如果單

23、由兩個(gè)74192組成定時(shí)器則這種定時(shí)器會(huì)有問題，就是沒辦法在計(jì)數(shù)為00時(shí)停止計(jì)數(shù)而是繼續(xù)回到59再做一次這樣的循環(huán)。為了克服這個(gè)問題，特意加入了一個(gè)JK邊沿觸發(fā)器。將兩個(gè)的輸出端通過異或非門作為輸入，送到JK觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)端CLK，因?yàn)槿绻?jì)時(shí)器一旦輸出“00”，異或非門的輸出剛好為1，而觸發(fā)器的CLK從0到1，接收到一次上升沿的時(shí)鐘信號(hào)，因而JK觸發(fā)器此時(shí)Q輸出為1，再把Q送到兩個(gè)芯片的MR端，此時(shí)芯片就不再處于計(jì)數(shù)狀態(tài)，因而可以做

24、出來到“00”停止計(jì)時(shí)的效果。</p><p>　　表4.JK觸發(fā)器的功能表</p><p>　　這個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器還要實(shí)現(xiàn)一個(gè)功能，就是實(shí)現(xiàn)最后10秒時(shí)要伴有警告聲</p><p>　　這是一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)發(fā)出聲音的蜂鳴器。</p><p><b>　　圖7</b></p><p>　　如圖上所示，將十

25、位芯片組的輸出用一個(gè)或非門輸出，這時(shí)輸出為1。而個(gè)位芯片用一個(gè)或門輸出，在個(gè)位上還沒有到達(dá)0時(shí)，這個(gè)或門U13：A始終輸出為1，再將這個(gè)或門U17用一個(gè)與門U18：A跟一個(gè)脈沖信號(hào)連起來。再將U13：A和U18：A組成一個(gè)與非門U3：D輸入到BUZ2的一端，由于脈沖信號(hào)作用，當(dāng)公平?jīng)]有達(dá)到00時(shí)，U18：A輸入為1，U13：A為1，所以當(dāng)脈沖處于高時(shí)，U3：D為低，當(dāng)處于低電平時(shí)，U3：D為高，就形成了一個(gè)有變化的電流，造成BUZ響。但

26、是一旦到達(dá)“00”，U17輸出0，U18：A也是一直是0，U3：D也一直是0，沒有發(fā)生變化，因而就不會(huì)響。</p><p><b>　　4、計(jì)分器</b></p><p>　　當(dāng)選手作答完后，要根據(jù)選手答題的情況來進(jìn)行加法或減分。而這個(gè)加分減分功能我同樣用了74192，每答對(duì)一題得一分，答錯(cuò)一題減一分，主持人根據(jù)選手答題情況來加減分，最高分為9分，最低分為0分。<

27、;/p><p><b>　　圖7</b></p><p>　　這個(gè)電路是通過一個(gè)BUTTON按鈕，按一下會(huì)自動(dòng)的彈上來，這樣確保每一次的按和放都有一次的脈沖輸入，兩個(gè)開關(guān)代表加分減分，將開關(guān)的一端接脈沖，另一端接UP或DN，然后能過輸出就可以知道當(dāng)前得分。</p><p>　　四、總電路工作原理及元器件清單</p><p>

28、<b>　　總電路原理圖：</b></p><p><b>　　圖8</b></p><p><b>　　2.總電路工作原理</b></p><p>　　當(dāng)主持人按下“開關(guān)”按鈕后，選手可以通過按按鈕的快慢來決定由誰來回答，按得快的選手的編號(hào)顯示在電子顯示管上并伴有響聲。此后選手輸入鎖住，如果主持人按

29、下復(fù)位鍵則編號(hào)顯示處不作任何顯示。然后主持人就按計(jì)時(shí)開關(guān)，選手開始作答，作答的時(shí)間少于60秒，以倒數(shù)的方式進(jìn)行，而通過顯示屏把時(shí)間顯示出來。當(dāng)選手作答僅剩10秒時(shí)，開始通過喇叭響來做提示。如果到了顯示“00”時(shí)，計(jì)時(shí)器不再進(jìn)行倒數(shù)而停留在“00”狀態(tài)。</p><p>　　此時(shí)選手仍沒有作答成功，則主持人會(huì)對(duì)該選手進(jìn)行減分處理，如果在“00”之前作答成功則加分，分?jǐn)?shù)也是通過計(jì)分器顯示出來。之后主持人按下開關(guān)，所有

30、的顯示及工作狀態(tài)回到初始狀態(tài)以便進(jìn)行下一次答題。</p><p><b>　　3．元件清單</b></p><p><b>　　五、仿真調(diào)試與分析</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)的仿真我采用了protues仿真軟件做，我試過多個(gè)軟件如EWB，但是這個(gè)軟件能比較直觀地看出來每一個(gè)輸出輸入量是高電平還是低電平，而且連起線

31、來也相對(duì)比較簡(jiǎn)單，最好一點(diǎn)是兩個(gè)端口之間不一定要用線連而使用相同的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)（即相同的名字）就相當(dāng)于把線連了起來。</p><p>　　調(diào)試過程中出現(xiàn)了沒辦法鎖住選手輸入，還有計(jì)時(shí)不在00停等一系列問題，通過不斷地觀察每一個(gè)的輸入輸出還有查每個(gè)芯片的針腳來一次次地改進(jìn)，比如加一個(gè)什么門，加一個(gè)開關(guān)等，都有可能解決比較難搞的問題。</p><p><b>　　六、結(jié)論與心得</

32、b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)對(duì)于我的課題的要求基本上實(shí)現(xiàn)了。這次課程設(shè)計(jì)時(shí)間有點(diǎn)匆忙，雖然大部分的功能都實(shí)現(xiàn)了，但是還是會(huì)存在不完美的地方，實(shí)在是時(shí)間有點(diǎn)緊，沒辦法做長(zhǎng)時(shí)間的修改。</p><p>　　設(shè)計(jì)進(jìn)行地比較成功，對(duì)常用的芯片無論是從功能上，還是構(gòu)造上都在了更深的了解，更重要的是鍛煉了我們的動(dòng)手能力，平時(shí)看書都能看得明白，但是到了仿真的時(shí)候還是會(huì)出現(xiàn)很多的問題，有時(shí)

33、候一個(gè)小失誤致使整個(gè)電路工作狀態(tài)出現(xiàn)錯(cuò)誤，但是還是能過一次次的調(diào)試，一次次地去修改最后得出了成品。也學(xué)了一個(gè)新的軟件，這也是很重要的。</p><p>　　反正這次課程設(shè)計(jì)收獲也不少，但是如果時(shí)間能夠再充分一點(diǎn)，我相信自己能夠做得更好。</p><p><b>　　七、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》 閻石